Ölçeklenebilir Perovskite Güneş Pilleri Oluşturmanın Yeni Bir Yolu
Exciton Science’daki ARC Mükemmeliyet Merkezi, endüstriyel ölçekte dayanıklı, verimli perovskite fotovoltaikler oluşturmak için yeni bir yol gösterdi. Süreç, formamidinyum-sezyum perovskit güneş pillerinin yapımında bir öncü olarak kurşun asetatın ilk etkili kullanımını kullanır.
Monash Üniversitesi merkezli Exciton Science ekibi, %21 verimlilikle perovskite güneş pilleri oluşturmayı başardı; bu, halojenür olmayan bir kurşun kaynağından yapılmış bir cihaz için kaydedilen en iyi sonuçlardır.
Raporlama makalesi Energy & Environment Science dergisinde yayınlandı. Bu hücreleri içeren minyatür bir prototip güneş paneli, %18,8 verimlilik elde etti. Geniş alanlı perovskite tabakası, ortam atmosferinde üretildi ve endüstriyel ölçekli üretim için potansiyel uygulanabilirliğini gösteren tek aşamalı bir bıçak kaplaması yoluyla yapıldı.
Amonyum, kararlı, verimli ve ölçeklenebilir perovskite güneş pillerindeki gizli bileşendir. Test cihazları ayrıca, 65 C’de (149° F) 3.300 saat çalıştıktan sonra verimlilik kaybı olmadan çalışmaya devam eden güçlü termal kararlılık gösterdi. Monash Üniversitesi’nde doktora öğrencisi olan ilk yazar Jie Zhao, “Mükemmel, yüksek kaliteli formamidinyum-sezyum perovskite ince filmi elde etmek için kurşun asetatı tek adımlı, döndürerek kaplama işleminde kullanabildik. Çözücü önleyici bir maddeye ihtiyacımız olmadığı için, bunu bıçak kaplama gibi büyük ölçekli tekniklerle yapabiliriz, bu da endüstriyel ölçekte uygulanabilir olduğu anlamına gelir.”
Sorumlu yazar ve Monash Üniversitesi meslektaşı Dr Wenxin Mao, “Perovskite güneş pili araştırmalarının büyük çoğunluğu kurşun halojenürler, özellikle kurşun iyodür kullanıyor. Kurşun iyodürün %99,99 saf olması gerekir ve kurşun iyodür kullanarak hücreleri sentezlemek çok pahalıdır.” “Kurşun iyodür yerine kurşun asetat kullanarak oldukça kararlı formamidinyum-sezyum perovskit güneş pilleri yapan ilk grubuz. Tüm araştırma topluluğuna yüksek kaliteli perovskite güneş pilleri yapmak için ikinci bir yol sağladık” diye ekledi.
Perovskitlerden yapılan ince film güneş pilleri, nispeten düşük üretim maliyetleri, esneklikleri ve silikona göre ayarlanabilir bant boşlukları sayesinde güneş enerjisi sektörünü bozma potansiyeline sahiptir.
Bununla birlikte, araştırmacılar güvenilirlik sorunlarını çözmekte zorlanıyorlar ve aynı zamanda uygulanabilir bir ticari ölçekte cihazlar yaratmanın bir yolunu bulmaları gerekiyor. Perovskitler, çeşitli farklı bileşenler kullanılarak çözeltiyle işlenir (sıvıdan yapılır).
Çoğu yaklaşım, kurşun halojenürler kullanır ve perovskite kristalizasyon sürecini kontrol etmek için yüksek kaynama noktalarına sahip güçlü polar solventlerin ve antisolvent söndürme maddelerinin dahil edilmesini gerektirir. Bu karmaşık mekanizma, ince filmlerde kusurlara neden olabilir ve bu da ortaya çıkan cihazın hızla verimlilik kaybetmesine neden olur. Kontrol etmesi de zor.
Kurşun asetat kimyasal bileşiği, daha az kusurlu ultra pürüzsüz ince filmler oluşturabildiği için umut verici bir alternatif öncü olarak ortaya çıkmıştır. Şimdiye kadar kurşun asetat, yalnızca nispeten kararsız olan ve gerçek dünya uygulamaları için uygun olmayan metilamonyum veya sezyum bazlı perovskitleri yapmak için kullanılıyordu.
Ticari kullanım için daha iyi bir aday, üstün stabiliteleri sayesinde formamidinyum ve sezyum kullanılarak yapılan perovskitlerde bulunabilir. Öncü olarak kurşun asetat kullanarak bunları sentezlemeye yönelik önceki girişimler başarısız oldu.
Bu sorunu araştırmak ve çözmek için araştırmacılar, Çin’deki Wuhan Teknoloji Üniversitesi’ndeki işbirlikçileri ile birlikte altta yatan moleküler mekanizmaları incelediler. X-ışını kırınımı ve nükleer manyetik rezonans spektroskopisi sayesinde, amonyumu kritik bir aşamada uçucu bir katyon (pozitif yüklü iyon) olarak kullanma ihtiyacını belirlediler.
Katkıda bulunan yazar Dr Sebastian Fürer, “Amonyumun varlığı, istenmeyen yan ürünler oluşturmadan tavlama sırasında artık asetatın uzaklaştırılmasına hizmet etti” dedi.
Araştırmacılar, haberci davranışını yöneten temel kimya üzerindeki çalışmalarının, metal halojenür perovskit cihazlarının ölçeklenebilir sentez ve üretim yöntemlerine daha fazla odaklanmayı teşvik edebileceğini umuyorlar.
Perovskite bazlı güneş pilleri bir adım daha yakın olabilir. Şimdiye kadar teknoloji umut verici olduğu kadar sinir bozucu oldu. Şimdi bir ekip, hem üretimde hem de kullanımda uygulanabilir gibi görünen başka bir süreç fikri geliştirdi. Belki de bu yeni teknoloji bazı bacaklara sahip olacak ve göreceğiz.